Передача наследственной информации

Открытие ДНК в 1869 году молодым швейцарским врачом Фридрихом Мишером стало отправной точкой для множества важных исследований, которые помогли раскрыть тайну передачи наследственной информации. В 1950-х годах ученые выяснили структуру двойной спирали молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Тогда казалось, что ключ к разгадке законов жизни почти найден. Но на самом деле все оказалось сложнее.

Цепочка ДНК состоит из нуклеотидов, соединенных азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Эти основания образуют генетический код. При передаче наследственной информации две цепочки ДНК раскручиваются и разрываются, создавая две новые идентичные молекулы. Этот процесс называется репликацией.

Перед тем как передать генетическую информацию на новую молекулу, ДНК копирует ее на РНК. В этом участвует белковый комплекс из 15 белков. Белки определяют структуру и функции организма.

Долгое время считалось, что информация передается только от ДНК к РНК, а затем к белкам, и обратный процесс невозможен. Однако позже выяснилось, что это не так. Изменения в наследственной информации могут происходить не только из-за случайных мутаций, но и по другим причинам. Кроме того, передача информации может идти и в обратном направлении — от РНК к ДНК.

Направленные мутации

Процесс, основанный на конверсии генов, может изменять ДНК по воле хозяина. Гонококк, вызывающий гонорею, обладает такой способностью. На его поверхности есть белок, который распознается иммунной системой. Когда иммунитет учится уничтожать этот белок, гонококк меняет его структуру, заменяя некоторые гены «неработающими». Это делает бактерию невидимой для иммунной системы.

Процесс передачи информации с обратным вектором

Во второй половине XIX века выяснилось, что наследственная информация может передаваться не только по цепочке ДНК — РНК — белок, но и в обратном направлении. Этот процесс, называемый обратной транскрипцией, часто встречается у вирусов. При обратной транскрипции информация с РНК копируется на ДНК.

Позже было обнаружено, что такие обратные транскрипции происходят и в геноме человека. Когда в РНК появляется информация, отсутствующая в ДНК, начинается её редактирование с помощью белков или рибонуклеиновой кислоты.

У высших организмов ДНК состоит не из непрерывной последовательности, а из кусочков, разделённых более короткими участками — интронами, которые не кодируют белки. В процессе редактирования РНК активные части ДНК, кодирующие белки, склеиваются. Начинается сложная цепочка взаимодействий, которую ещё предстоит изучить. В результате отредактированная РНК превращается обратно в ДНК, и приобретённые признаки наследуются.

Исследуя пространственную структуру хромосом, генетики находят всё больше ответов, но при этом возникают новые вопросы. Технический прогресс, вероятно, приведёт к появлению новых методик и способов генетического анализа, которые помогут раскрыть секрет генома человека.